Modélisation Multi-Techniques de la densité électronique – MTMED

Ce projet de recherche vise à développer un nouveau modèle de densité électronique résolue en spin dont les paramètres sont communs, issus d’expériences de Diffraction des Rayons X ( XRD), Diffraction Magnétique des rayons X (XMD), neutron (n), neutrons polarisés (PND) ,et de Diffusion Inélastique Compton Magnétique (M-ICS). Grâce aux développements de méthodes de modélisation de ces données, auxquels certains d’entre nous ont participé, XRD et PND sont devenus des outils quasi routiniers pour déterminer soit la densité de charge soit la densité de spin; XMD est une méthode alternative intéressante, qui doit compléter les neutrons polarisés puisqu’elle permet de séparer la contribution magnétique de spin de celle de type orbitale. M-ICS donne accès à la densité de spin dans l’espace des moments. Lors d’un précèdent contrat ANR (CEDA 2007-2011), nous avons montré que la densité résolue en spin pouvait être modélisée par un affinement joint de neutrons polarisés et RX en adaptant le modèle multipolaire de densité. Ce travail nous a permis pour la toute première fois de faire la distinction expérimentale entre spin up (a) et spin down (ß) (Deutsch et al, IUCrJ à paraitre Mai2014). Or, PND ne peut pas distinguer entre les contributions orbitalaire ou de spin pour les atomes possédant ces deux types de moments magnétiques si bien que la composante orbitale est estimée par un calcul théorique. Afin d’avoir un modèle uniquement basé sur des données expérimentales nous avons décidé d’utiliser XMD. Ces trois expériences de diffraction donneront donc un modèle plus précis de la densité résolue en spin dans l’espace des positions. Pour compléter ce modèle les électrons très délocalisés seront plus précisément déterminés par les expériences de diffusion Compton magnétique (mais dans l’espace des moments). Puisque ces expériences pourront être conduites sur le même système, ce qui veut dire que l’on regarde le même objet sous différents angles, notre objectif principal est de construire un modèle physique commun unique, qui exploite toutes les richesses de chacune de ces expériences. Le dénominateur commun de toutes ces expériences est la matrice densité réduite à 1 électron (1RDM): nous en déterminerons les éléments (dans une base adéquate de fonctions d’onde) à partir d’un affinement joint contre l’ensemble des données XRD, XMD, PND et ICS. Le problème principal de cet projet d’affinement joint est de définir une paramétrisation unique commune à toutes ces techniques et de trouver la manière d’utiliser le mieux possible toutes ces données de nature et précision diverses. Le schéma de pondération et les stratégies d’affinement sont particulièrement importants pour ne pas perdre d’informations sur chaque expérience. La stratégie et la pondération seront définies et testées en utilisant un cristal de YTiO3, une perovskite qui montre un ordre orbital encore à expliquer. Dès que la méthode sera bien validée, le programme de calcul résultant sera amélioré pour le rendre ‘users friendly‘ afin de le distribuer aux physiciens, chimistes et cristallographes intéressés.